JP4265578B2 - 回路基板 - Google Patents

Description

この発明は、電子部品が接続される回路基板に関し、特に電極間の接続性を向上した回路基板する。

一般に電子部品は、回路基板表面に形成された電極と半田付けすることにより実装される。

図６に電子部品の一例であるＭＯＳＦＥＴを示す。このＭＯＳＦＥＴは回路基板に実装して大電流（例えば１００Ａ）を流すＰｏｗｅｒＭＯＳＦＥＴであり、実装した回路基板を介して放熱するものである。同図（Ａ）はＭＯＳＦＥＴを上面から見た平面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）に示すＸ−Ｘ面の断面図、同図（Ｃ）は下面から見た平面図、同図（Ｄ）は同図（Ｃ）に示すＸ−Ｘ面の断面図を示している。同図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、および（Ｄ）に示すように、このＭＯＳＦＥＴ２は、半導体チップ２１と、半導体チップ２１の底面に接合される平板状のドレインパッド電極２２、半導体チップ２１にアルミ線などの金属線を介して電気的に接続されるリード端子２３、およびＭＯＳＦＥＴ２をほぼ直方体形状にモールドする樹脂２４から構成される。

ドレインパッド電極は、ほぼ直方体形状の樹脂２４の一方の側面から外側に突出している。この突出した部分を張出部２２Ａとする。また、ドレインパッド電極２２は、この張出部２２Ａ側の樹脂２４の端部に樹脂２４が貫通するアンカー孔２５を複数（同図においては２つ）有している。樹脂２４は、ドレインパッド電極２２のアンカー孔２５に貫入して、ドレインパッド電極２２の電極面に露出している。

リード端子２３は、樹脂２４の側面から複数引き出され、リード端子２３の先端の下面部は、ドレインパッド電極２２の電極面よりも高さσだけ下方に位置している。リード端子２３のいずれか一方がソース電極となり、いずれか一方がゲート電極となる。

このドレインパッド電極２２、およびリード端子２３を回路基板に半田付け実装する。図７にＭＯＳＦＥＴと回路基板の実施例を示す。回路基板上面には、銅等の電極（ランド）が形成され、回路基板実装工程の中でこの電極上に半田が印刷される。例えば同図（Ａ）に示すように、回路基板３の上面から見てほぼ長方形状のランド３１Ａとランド３１Ｂが形成される。ランド３１Ａはドレインパッド電極２２が接するように、ランド３１Ｂはリード端子２３の端面がそれぞれ接するように形成される。ランド３１Ｂは、２つのリード端子２３が対向する位置に形成される。ランド３１Ａとランド３１Ｂの上面には半田ペースト３２Ａと半田ペースト３２Ｂが印刷される。この半田ペースト３２Ａと半田ペースト３２Ｂの上にＭＯＳＦＥＴ２を搭載する。

同図（Ｂ）は半田ペースト３２Ａと半田ペースト３２Ｂの上にＭＯＳＦＥＴ２を乗せた状態である。同図に示すように、リード端子２３の先端は、ＭＯＳＦＥＴ２の下面よりもσだけ下方に位置しているので、リード端子２３からドレインパッド電極２２の張出部２２Ａ側に傾くことになる。リード端子２３の先端の電極面とドレインパッド電極２２の電極面は、同一平面であることが理想的であるが、現実的にはＭＯＳＦＥＴ２の製造誤差により確実に同一とすることができない。ここで図８に示すように、リード端子２３の先端の電極面がドレインパッド電極２２の電極面よりも上方にあると、リード端子２３が半田ペースト３２Ｂに触れずに半田付けできない状態となる。したがって、リード端子２３の端部は、製造誤差を考慮してドレインパッド電極２２の電極面よりも下方に位置するように製造され、このようなＭＯＳＦＥＴ２を回路基板に乗せるとリード端子２３からドレインパッド電極２２の張出部２２Ａ側に傾くことになる。この状態で回路基板を加熱すると同図（Ｃ）に示すように、半田ペースト３２Ａと半田ペースト３２Ｂが溶融して、ドレインパッド電極２２がランド３１Ａに、リード端子２３がランド３１Ｂに半田付けされ、リード端子２３からドレインパッド電極２２の張出部２２Ａ側に傾いた状態で実装される。

以上のように、電子部品が半田付けによって回路基板に実装されることとなるが、半田付けによる実装を行う場合、以下のような問題点が有った。

すなわち、銅表面に塗布した酸化防止用のフラックスのガスや、溶融中に半田に取り込まれた空気（気泡）や、半田ペースト中に含まれるフラックスのガスがランドとパッド電極との間に挟まり、この状態で半田が固化するとランドとパッド電極のアンカー孔に露出した樹脂との間に大きな空間（ボイド）ができる。このようなボイドが発生すると、ランドとパッド電極の接続強度低下や、熱伝導性の低下を招く。

そこで、気泡の発生を防ぐために、接地パターンに貫通孔を設け、空気を逃がす回路基板が提案されている（例えば特許文献１参照）。また、チップ（モールド体）を仮止めするための接着テープに発生する気泡を逃がすために、接着テープ貼付け箇所に溝部を設けたチップ実装用基板が提案されている（例えば特許文献２参照）。
特開平１１−３１８７６号公報 特開平５−７５２３０号公報

図６に示したＭＯＳＦＥＴ２において、樹脂２４がアンカー孔からドレインパッド電極２２の電極面に露出している。この樹脂２４の部分については半田が濡れないために気泡が集中する傾向が有った。ここで、ＭＯＳＦＥＴ２はリード端子２３からドレインパッド電極２２の張出部２２Ａ側に傾いているため、ドレインパッド電極２２の端部はランド３１Ａとの隙間が狭くなり、この部分に半田が凝集して先に固化することとなる。この場合、ランド３１Ａとドレインパッド電極２２の端部が凝集した半田によって蓋をされ、樹脂２４の部分に集中した気泡の逃げ場が無くなるという問題があった。

本発明は、半田に発生した気泡を除去することができる回路基板を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、ほぼ直方体形状に樹脂で封止された電子部品を半田付け実装する回路基板であって、前記電子部品は、該封止体の底面に形成され、封止体の一方の端部の下面側に前記樹脂が貫通するアンカー孔を有する平面状のパッド電極と、前記封止体の他方の端部の側面から引き出され、先端が前記パッド電極の電極面よりも下方に位置するリード電極と、を備え、前記回路基板は、前記パッド電極が実装されるランドの、前記アンカー孔に対向する部分と、前記パッド電極が実装されない部分とをつなぐ半田濡れ性のない箇所をソルダレジストにより前記ランドの上面に形成し、前記半田濡れ性のない箇所の高さは、前記ランドの高さより高いことを特徴とする。

この発明では、回路基板のランドの端部に半田濡れ性のない箇所を形成している。また、電子部品（例えばＭＯＳＦＥＴ）のパッド電極面にはＭＯＳＦＥＴを直方体形状にモールドする絶縁体の端部にアンカー孔が形成され、このアンカー孔に絶縁体が貫入してパッド電極面の下方に露出している。このＭＯＳＦＥＴを半田付けする場合、半田濡れ性のない箇所とパッド電極面に露出した絶縁体が対向する。回路基板のランドとＭＯＳＦＥＴのパッド電極の間の半田が溶融した場合、ＭＯＳＦＥＴはこの半田濡れ性のない箇所上に乗り、半田濡れ性のない箇所とパッド電極面から下方に張り出した絶縁体が接することになる。したがって、ＭＯＳＦＥＴのパッド電極と回路基板のランドとの間に隙間が発生し、パッド電極下方に張り出した絶縁体部分に集中する気泡は半田濡れ性のない箇所を経てランドとパッド電極との間から抜け出す。

この発明によれば、パッド電極面とランドとの間の半田に発生した気泡を除去することができる。

以下、本発明の実施形態に係る回路基板について詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係る回路基板のうち、図６に示したＭＯＳＦＥＴ２を実装する部分を示した図である。同図（Ａ）は回路基板を上面からみた平面図であり、同図（Ｂ）は、（Ａ）に示すＸ−Ｘ面の断面図である。同図に示すように、この回路基板１は、ランド１１Ａ、ランド１１Ｂ、レジスト１３Ａ、レジスト１３Ｂがパターニングされており、ランド１１Ａ、およびランド１１Ｂ上にはそれぞれ半田ペースト１２Ａ、および半田ペースト１２Ｂが印刷されている。

ランド１１Ａは、回路基板上にほぼ直方体形状に薄く形成され、その上面が図６に示したドレインパッド電極２２の底面と重なるようにパターニングされている。ランド１１Ｂは、回路基板上にほぼ直方体形状に複数箇所（同図においては２箇所）に薄く形成され、図６に示したリード端子２３（ソース電極およびゲート電極）の先端面が重なるように、ランド１１Ａから側方にリード端子２３の長さ分だけ離れた位置にパターニングされている。なお、パターニングとは、意図的にある位置に、ある形状に電極等を形成することを言う。

レジスト１３Ａとレジスト１３Ｂは、ランド１１Ｂと反対側のランド１１Ａの端部に、ランド１１Ａ上面からランド１１Ａ外側にかけて形成されたソルダレジスト（以下、単にレジストと言う）である。このレジスト１３Ａとレジスト１３Ｂは、ランド１１Ａの外側に接するように、回路基板上面から見て長方形状に、断面Ｌ字型に形成されている。レジスト１３Ａとレジスト１３Ｂは、図６に示したＭＯＳＦＥＴ２のドレインパッド電極２２の２つのアンカー孔２５の幅と同じ幅だけ離れた位置に形成されている。

半田ペースト１２Ａと半田ペースト１２Ｂは、それぞれランド１１Ａとランド１１Ｂの上面を覆うように薄く印刷されている。

この回路基板１は、いわゆるプリント基板であり、本実施形態においては放熱性のよい金属板（例えばアルミ板）上に絶縁板（例えばエポキシ樹脂板）を形成し、さらにその上面に電極（例えば銅）を形成したものである。なお、材質はこの例に限るものではない。例えばアルミ板の代わりにガラス繊維板を用いてもよい。この回路基板１の製造工程について説明する。

まず、回路基板全面に形成された電極上に、感光剤（ポジ感光レジスト）を形成する。この感光剤紫外線をパターン露光をし、その後、現像を行って配線パターン上のみ感光剤を残し、他の部分の銅を露出する。その後、エッチング液により露出した銅のみ溶解する。銅を溶解した後に、感光剤除去液により残留感光剤を除く。最後に、銅上に酸化防止のためのフラックスを塗布する。

このようにしてランドがパターニングされ、上述したようなランド１１Ａ、ランド１１Ｂが形成される。さらに、回路基板１のうち、電子部品が実装されるパターン部分を除いてレジストを塗布する。ここで、本実施形態の回路基板１は、図１（Ａ）に示すように、ランド１１Ａの端部の上面から外側にかけて２箇所にレジストが塗布されるようにする。

なお、図１においては、ＭＯＳＦＥＴの電極面の面積と回路基板のランドの面積が同程度について示しているが、ランドはＭＯＳＦＥＴの電極面の面積よりも大きくてもよいし、小さくてもよい。

上記のように形成したランド１１Ａ、ランド１１Ｂ上に半田ペースト１２Ａ、半田ペースト１２Ｂを印刷する。図１においては、ランド１１Ａの一端からレジスト１３Ａおよびレジスト１３Ｂが形成されている部分にかけて半田ペースト１２Ａを印刷する。また、ランド１１Ｂ上の全面に半田ペースト１２Ｂを印刷する。

この回路基板１に図６に示すようなＭＯＳＦＥＴ２を半田付け実装する。図２に回路基板１とＭＯＳＦＥＴ２の半田付け例を示す。同図（Ａ）は半田ペースト１２Ａと半田ペースト１２Ｂの上にＭＯＳＦＥＴ２を乗せた状態である。同図に示すように、リード端子２３の端部は、ドレインパッド電極２２の電極面よりも長さσだけ下方に張り出しているので、リード端子２３からドレインパッド電極２２側に傾くことになる。この状態で回路基板１とＭＯＳＦＥＴ２をリフロー炉に流して加熱する。加熱すると同図（Ｂ）に示すように、半田ペースト１２Ａと半田ペースト１２Ｂが溶融する。

半田ペースト１２Ａと半田ペースト１２Ｂが溶融すると、同図（Ｂ）に示すように、ＭＯＳＦＥＴ２は下方に沈み込み、ドレインパッド電極２２の電極面の一部がレジスト１３Ａ、およびレジスト１３Ｂと接する。レジスト１３Ａ、およびレジスト１３Ｂはリフロー炉で加熱しても溶融せず、また、半田ペーストが濡れることがない。したがって、同図（Ｂ）に示すように、回路基板１のランド１１Ａとドレインパッド電極２２の間、特にレジスト１３Ａおよびレジスト１３Ｂの形成されている端部側に隙間が生じる。

ＰｏｗｅｒＭＯＳＦＥＴは大電流を流し、動作中に高温発熱するため、放熱性が重要となる。従来の回路基板においては、図７に示したように、ドレインパッド電極２２とランドとの狭い部分に半田が凝集し、ドレインパッド電極２２の端部が凝集した半田によって蓋をされ、ドレインパッド電極２２の下面に露出した樹脂２４の部分に集中する気泡の逃げ場が無くなるという問題があった。気泡が発生したまま半田が固化すると、その部分に半田が存在しなくなるので、ドレインパッド電極２２とランドとの熱伝導性が低下し、ＭＯＳＦＥＴ２の放熱性が低下する。また、機械的接続強度も低下する。

本発明の実施形態に係る回路基板１においては、ドレインパッド電極２２の電極面がレジスト１３Ａ、およびレジスト１３Ｂと接することで、ドレインパッド電極２２とランド１１Ａとの間に隙間が生じ、溶融した半田はレジスト１３Ａおよびレジスト１３Ｂに濡れないため、半田に発生する気泡がこの隙間を通ってランド１１Ａの端部に抜け出すこととなる。

また、図２（Ｃ）は、回路基板１にＭＯＳＦＥＴ２を乗せた状態を上面から見た図であるが、同図（Ｃ）に示すように、ドレインパッド電極２２の電極面に貫通した樹脂２４の２つの部分が、それぞれレジスト１３Ａ、レジスト１３Ｂに接するように、レジストをパターニングすることで、アンカー孔２５から露出した樹脂２４に集中し易い気泡もレジスト１３Ａおよびレジスト１３Ｂによって生じる隙間から抜け出すこととなる。

このように、本発明の実施形態に係る回路基板においては、ランド上の端部にレジストを形成し、このレジストに電子部品の電極が接することで、ランドと電極との間に隙間が生じ、半田に発生する気泡がこの隙間を通ってランド端部に抜け出すので、機械的強度が向上し、ＭＯＳＦＥＴの放熱性を向上することができる。

また、上記のようなレジスト１３Ａおよびレジスト１３Ｂを形成するには、レジストを塗布する際のマスクパターンを変更するだけでよく、工程数が増えるものではないので、簡易な構成でありながら確実に半田の気泡を除去することができる。

なお、本発明の回路基板は、以下のような構成で実現することもできる。図３は、他の実施形態に係る回路基板を示した図である。同図（Ａ）に示す回路基板は、図１に示した回路基板１のレジスト１３Ａ、レジスト１３Ｂに代えて、レジスト１４を備えたものである。なお、図１に示した回路基板１と同様の構成部については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

レジスト１４は、レジスト１３Ａ、レジスト１３Ｂと同様に、ランド１１Ｂの反対側のランド１１Ａの端部に形成されている。レジスト１４についても、マスクパターンによって塗布形成される。レジスト１４は、上面から見てほぼ長方形状に、断面Ｌ字型に形成され、レジスト１３Ａ、およびレジスト１３Ｂよりも上面から見た面積が大きいものである。

この例においても、同図（Ｂ）に示すように、ＭＯＳＦＥＴ２を上面に乗せ、リフロー炉で半田ペーストを溶融させると、ＭＯＳＦＥＴ２のドレインパッド電極２２の電極面がレジスト１４に接する。したがって、図１に示した回路基板１と同様に、ドレインパッド電極２２の電極面がレジスト１４と接することで、ランド１１Ａとドレインパッド電極２２との間に隙間が生じ、溶融した半田はレジスト１４に濡れないため、半田に発生する気泡がこの隙間を通ってランド１１Ａの端部に抜け出すこととなる。

このように、ランド上に形成するレジストの形状はどのようなものであってもよい。

図４は、図１に示したレジスト１３Ａ、レジスト１３Ｂに代えて、レジスト１５Ａおよびレジスト１５Ｂを備えたものである。なお、この例においても、図１に示した回路基板１と同様の構成部については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

レジスト１５Ａおよびレジスト１５Ｂは、ランド１１Ａ上の、図１に示したレジスト１３Ａ、レジスト１３Ｂとは異なり、ランド１１Ｂ側とその反対側との中間位置におけるランド１１Ａの端部に形成されている。レジスト１５Ａ、およびレジスト１５Ｂについても、マスクパターンによって塗布形成される。レジスト１５Ａ、レジスト１５Ｂは、ランド１１Ａ上から端部にかけて、上面から見てほぼ長方形状に、断面Ｌ字型に形成されている。

この例においても、同図（Ｂ）に示すように、ＭＯＳＦＥＴ２を上面に乗せ、リフロー炉で半田ペーストを溶融させると、ＭＯＳＦＥＴ２のドレインパッド電極２２がレジスト１５Ａ、およびレジスト１５Ｂに接する。したがって、図１に示した回路基板１と同様に、ドレインパッド電極２２がレジスト１５Ａ、およびレジスト１５Ｂと接することで、ランド１１Ａとドレインパッド電極２２との間に隙間が生じ、半田に発生する気泡はこの隙間を通って電極間から抜け出すこととなる。

このように、ランド上に形成するレジストの位置はランド１１Ｂと反対側の端部に限るものではない。

図５は、さらに他の実施形態に係る回路基板を示した図である。なお、この例においても、図１に示した回路基板１と同様の構成部については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

同図（Ａ）に示す回路板は、図１に示した回路基板１のランド１１Ａに代えて、ランド１６を備え、レジスト１３Ａ、およびレジスト１３Ｂを省いたものである。ランド１６は、同図（Ａ）に示すように、ランド１１Ｂの反対側の端部の２箇所がほぼ長方形状に切り欠きされており、同図（Ｂ）に示すように、この切り欠き上にドレインパッド電極２２の電極面に貫通した樹脂２４の２つの部分が被さるようになる。

上述したように、回路基板のランドは、エッチングによりパターニングされるので、露光パターンを同図（Ａ）に示すランド１６の形状にするだけでよく、工程数が増えるものではない。

このように、ドレインパッド電極２２の電極面に貫通した樹脂２４の２つの部分がランド切り欠きに重なるようにランド１６を構成すると、同図（Ｃ）に示すように、樹脂２４の下側に通気路が生ずる。したがって、樹脂２４に集中し易い気泡はこの通気路を通ってランドの端部へ抜け出すこととなる。このように、ランド上にレジストを形成する代わりに、ランドに切り欠きを設けるようにしてもよい。

なお、本発明の回路基板に実装される電子部品は、図６に示したＭＯＳＦＥＴに限るものではない。他の一般的な電子部品の実装においても気泡を排除する効果が期待できる。また、電子部品との接続は半田を用いる例に限らず、導電性接着剤等であってもよい。導電性接着剤においても発生する気泡を排除することができる。

本発明の実施形態に係る回路基板を示した図 本発明の実施形態に係る回路基板とＭＯＳＦＥＴの例を示す図 他の実施形態に係る回路基板を示した図 他の実施形態に係る回路基板を示した図 他の実施形態に係る回路基板を示した図 ＭＯＳＦＥＴを示した図 従来の回路基板を示した図 接続不良の状態を示した図

符号の説明

１−本発明の実施形態に係る回路基板
２−ＭＯＳＦＥＴ
３−従来の回路基板
１１−ランド
１２−半田ペースト
１３−レジスト
２１−半導体素子
２２−電極
２３−端子
２４−樹脂
２５−アンカー孔

Claims (1)

1. ほぼ直方体形状に樹脂で封止された電子部品を半田付け実装する回路基板であって、
   前記電子部品は、
   該封止体の底面に形成され、封止体の一方の端部の下面側に前記樹脂が貫通するアンカー孔を有する平面状のパッド電極と、
   前記封止体の他方の端部の側面から引き出され、先端が前記パッド電極の電極面よりも下方に位置するリード電極と、
   を備え、
   前記回路基板は、
   前記パッド電極が実装されるランドの、前記アンカー孔に対向する部分と、前記パッド電極が実装されない部分とをつなぐ半田濡れ性のない箇所をソルダレジストにより前記ランドの上面に形成し、前記半田濡れ性のない箇所の高さは、前記ランドの高さより高いことを特徴とする回路基板。

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